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浙江t 业大学硕十学位论文 g p o n 系统可扩充式网管软件的设计和实现 摘要 随着我国光进铜退进程的深入开展，p o n 网络在业务承载、带宽升级和网络维护等方 面的优势逐渐被运营商普遍接受。近期，全球一些主流运营商将g p o n 技术应用于企业， 继而使得g p o n 一跃成为企业接入方案的明星技术。g p o n 技术与其他接入技术相比，拥 有业务部署更加灵活、带宽管理更加精细化、可靠性更高、维护管理能力更完善等优势， 而要充分发挥这些优势，一个完善的高效的网络管理解决方案是必不可少的。 为了实现一个高效的完善的网络管理系统的目标，本文首先分析研究了g p o n 的工作 原理及根据该体系制定的相关协议，探索了s n m p ( 简单网络管理协议) 的体系构架，得 出了对该系统进行管理的整体解决方案。对g p o n 网络管理软件的各大重要模块进行了精 细的设计，并在此基础上，提出了实现可扩充式网络管理软件的各种方案，编程实现了具 有一定可扩充性的图形化网络管理站软件。 本文的主要工作和成果如下： 1 深入分析了g p o n 系统的总体结构、传输特性以及重要的相关协议，并明确了该 体系的一些重要概念以及技术特点。并在网络管理层面对该系统进行了分析和设计； 2 分析了s n m p 协议的各个组成部分，尤其是s m i 和m i b 以及以该协议通信的报文 格式，提出了编程实现s n m p 功能的方法，分析了o m c i 协议，并给出了s n m p 和o m c i 之间转换和映射的关系； 3 结合g p o n 网络管理系统的架构，本设计根据模块化的思想对管理端的各个软件 组成部分进行了分析、设计和实现，尤其是在参考已有概念模型的基础了提出了可扩充式 的设计方法和新的理念，这是本论文的创新之处。于此同时，本论文根据实际项目的各项 要求，实现了必须具备的各个模块，达到了网络管理中所谓的配置管理、性能管理、安全 管理和故障管理的要求，这是本论文和项目在实际实践过程中的难点所在。最终的软件操 作简单方便，可在实际应用中进一步的修改、扩充和强化。 浙江t 业人学硕士学位论文 关键词：g p o n ，s n m p ，网络管理软件，可扩充式 浙江工业大学硕十学位论文 d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fa ne x p a n s i v e n e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e i ng p o ns y s t e m a b s t r a c t a sc h 协a sd e 印d e v e r o p m e n to f i i f i b e rr 印l a c ec o p p e r ”p r o c e s sg o e so l l ，i i lt h ea s p e c t ss u c ha s s e r v i c eb e a r i n g ，b a n d w i d t hu p 黟a d e sa n dn e t w o r km a i m e n a n c e ，t h ea d v a m a g eo fp o nn e t w o r ka r e 伊a d u a l l ya c c 印t e db yt e l e c o 衄u n i c a t i o no p e r a t o r s r e c e n t l y ， an u m b e ro fm a j o ro p e r a t o r s w o r l d w i d ea p p i e dg p o nt e c h n o l o g yt oe n t e 叩r i s e s ，n l a d et h eg p o na c c e s ss o l u t i o n sb e c a m et h es t a r t e c h n o l o g yo fe n t e 叩r i s ea c c e s ss o l u t i o n c o m p a r e dw i t ho t h 盯a c c e s st e c h n o l o g i e s ，g p o nh a st h e a d v a n t a g e so fam o r ef l e x i b l es e r v i c ed 印l o y m e n t ，m o r es o p h i s t i c a t e db a n d w i d hm a n a g e m e m ，h i g h e r r e l i a b i l i t y ，b e t t e rm a m t e n a n c em a n a g e m e m ，e t c i no r d e r t og i v e 缸l lp l a yt ot h e s em e r i t s ，as o u n da n d e 伍c i e n tn e t w o r km a n a g e m e ms o l u t i o np r o g r 锄i so fe s s e n c e i no r d e rt 0a c h i e v et h eg o a lo fa ne 硒c i e n ta n dp e 诧c tn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e n l ，t h i sp a p e r f i r s t l ya n a l y z e da n ds t u d i e dt h ew o r k i n gp r i f l c i p l eo ft h eg p o ns y s t e ma n ds o m er e l e v a n tp m t o c o l s e s t a b l i s h e du n d e rt h i sh i e r a r c h y ，t h e ne x p l o r e dt h ei i l 丘a s t l l l c t u | eo fs n m p ( s i m p l en e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) ，o b t a i n e dt h eo v e r a l ls o l u t i o no fm a m g e m e n t 如rt h i ss y s t e m c a r e m l l y d e s i g n e dm a j o rm o d u l e so fg p o nn e t w o r km m g e m e n ts o f t w a r e ，a tt h eb a s eo ft h ea b o v ep r o 伊e s s ， t h i sp a p e rp r o p o s e dav a r i a t yo fm e t h o d st or e a l i z ea i le x p a n s i v en e t w o r km a n a g e m e ms o f t w a r e a t l a s t ，w er e a l i z e da 野a p l l i c a lm a n a g e m e n ts o f t w a r ew h i c hi sm o r eo rl e s se x p a n s i v eb yc o d i n g t h em a i nw o r ka n da c l l i e v e m e n t so f t l l i sp a p e ra r e 弱旬l l o w s ： 1 i n - d 印t h 觚a l y z e dt h eo v e r a l ls t m c t u r eo ft h eg p o ns y s t e 驰t r a n s r n i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n d s o m er e l a t e d 咖o r t a n tp r o t o c o l s ，n l a d ec l e a ro fs o m ei i 】1 p o n a n tn o t i o n sa n dt e c t m i c a lf e a t u r e su n d e r t h i sh i e r a r c h y ，a n a l y z e dt l l i sk i n do fs y s t e ma tt h el e v e lo fn e t w o r km a n a g e m e n tc a s e ； 2 a n a l y z e dv a r i o u sp a n so fs n m pp r o t o c o l ，e s p e c i a l l yt h es m ia n dm i b ，a n dt h em e s s a g e 向m l a tw h i c hi su s e d 旬rc o l l l 】m 眦n i c a t i o ni i lr e l a t i o nt ot 1 1 i sp r o t o c o l ，p r o p o s e dt h ep m 伊a n 衄i i l g m e t h o dw h i c hc o u l dr e a l i z es n m p 如n c t i o n 锄a l y z e do m c ip r o t o c o l ，a n dg i v e st h cr e l a t i o n s h i po f 浙江t 业人学硕士学位论文 t h ec o n v e r s i o na n dm a p p 访gb e t w e e ns n m pa n dt h eo m c i ； 3 a c c o r d i n gt ot h em 丘a s t m c t u r eo fg p o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，b yu m g t h em o d u l a r i z a t i o n m e t h o d ， t h i s p a p e r柚a l y z e d 、d e s i g h e d 、 a n dr e a l i z e dv a r i o u sc o m p o n e n t so ft h em a g e m e n t s o r w a r e e s p e c i a l l ymr e f e r e n c et oc o n c 印t u a lm o d e l ，i tp r o p o s e ds o m ee x p a n s i v e d e s i g n i n gm e t h o d s a n dn e wi d e a s ，t h i si st h ei 1 1 l n o v a t i o no ft h i sp a p e r ，a tt h es a n l et 硫e ，b a s e do na c t u a lp r o j e c t r e q u i r e m e n t s ， t h i s p a p e r r e a l i z e dv a r i o u sn l o d u l e sw h i c hi s n e e d e d ， r e a c h e dt h es o c a l l e d c o n f i g u r a t i o nm a m g e m e n t ，p e r f o r n l a n c em a m g e m e n t ，s e c u r “ym a m g e n l e n ta n df a u l tm a n a g e m e n t s r e q u i r e m e n t s ，t 1 1 i si st h ed i 伍c u l t y 向rt m sp a p e r 甜l dt h ep r o j e c ti 1 1p r o 伊e s s t h ef i n a ls o n w a r e i s s i m p l ea n dc o n v e n i e m ，i tc a n b e 如r t h e rm o d i f i e d ，e x p a n d e da n ds t r e n 西h e n e dd u r i n gt h ep r o c e s so f p r a c t i c a la p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：g p o n ，s n m p ，n e t w o r k 撇m g e m e n ts o f t w a r e ，e x p a n s i v e 浙江- 丁业大学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1现代接入网技术的发展现状 从技术发展上来看，传统的电话网、数据通信网以及有线电视网三大行业的技术差别 正在逐步缩小并且消失，这种技术的融合将进一步引发网络融合、业务融合及产业融合。 下一代网络是可提供包括话音、数据和多媒体等业务的综合的、开放的网络，其发展趋势 可概括为：网络设备构件化、网络互通网关化、接入技术多样化、网管一体化、终端智能 化、业务交换控制功能分离和核心网络分组化。 接入网一般是指从骨干网到用户驻地网之间网络设备，它起到接口的作用，也可以称 为居民接入网( 凡) 。其范围一般为几公里以内，但这短短几公里却成为宽带网络发展的 瓶颈，被称为整个因特网的“最后一公里”。接入网的技术种类众多，包括铜线接入( 如x d s l 技术) 、光纤接入( 如f t t x 技术) 以及以太网接入，等掣1 1 。 随着全球信息化的迅猛发展、网络技术潜力得到充分发掘以及电信网业务市场的持续 扩大和开发，用户对信息获取速度需求的不断提高，接入网也伴随着发展，主要表现在以 下几点【2 】： 1 ) 兼容性不断增强，各设备商的设备逐步实现互联互通，并能对它们进行统一的管理； 2 ) 自愈保护技术快速发展，使得网络的可靠性不断增强； 3 ) 业务层次更加多样，根据不同需求的用户提供不同的服务； 4 ) 支持接入网的技术更加多样化。尽管目前在接入网中光传输的含量在不断增加，但 如何更好地利用现有的双绞线仍受重视，但对要求快速建设的大容量接入线路，则可选 用无线链路； 5 ) 网络的操作、维护和管理功能大大得到增强； 6 ) 光纤技术迅速发展，使接入网朝着全光网络的方向发展。 在实现光纤化发展的进程中，f t t h 无疑是从根本上解决带宽瓶颈的最佳途径。 浙江1 ：业人学硕十学位论文 1 2 无源光网络 1 2 1 无源光网络简述 无源光网络主要是指，从核心网到用户驻地网的接入网之间，所有的网络器件都是光 学器件，如掺铒光纤放大器，分光器，等等。数据传输全部采用光纤传输。区别于有源光 网络，无源光网络的所有器件的采用了精密的设计，因此其工作状态不需要本地电源的支 持，而是能自动地对光信号进行分配和变换。这大大简化了光接入网的设计，节约了成本 和能源消耗，大大提高了系统的使用寿命，同时延长了光设备和器件的使用寿命，是一种 比较环保、经济效益很高的网络技术和接入网设计方案。 如图l 一1 所示，无源光网络是一种一点对多点的网络结构，从接入点光线路终端机 ( o l t ) 向下，网络中没有有源光器件，接入用户共享光纤传输媒质和光发送机( 光网络单元 研w ) ，故整个光网络的成本相对较其他点对多点的通信方式低；p o n 和现用的铜线网络类 似，仅有光分路器或分光器和光纤，分支接入简便易行，组网灵活；原则上对使用的任何通信 方式和传输速率透明，即业务透明度好，系统频带宽，容量大，信号质量好，升级和增容也比较 容易。由于p o n 的无源光分配网( 0 d n ) 不用供电，不仅免去了供电的困难，避免了有源设备 的电磁干扰和雷电影响，而且减少了线路和外部设备的故障，系统可靠性比有源设备高很多； 同时节省了维护成本，比较简单经济地支持模拟广播电视业务，实现所谓三重功能( 嘶p l e p l a y ) 【3 】o 根据图1 1 ，o l t 提供从骨干网到接入网的前端接口，它将接收到的不同的数据和业 务流进行汇聚，组成不同的t d m 帧的模式，通过光分路器以广播方式转发给其所管辖的 用户端的o n u ，而从用户侧o n u 到0 l t 上行数据传输则采用t d m a ( 时分复用码址接入) 的方式发送给o l t ，这样就实现了用户光网络接入能力的共享。 l5 5 6 2 2 l2 “m b p 8 下行 上行 1 5 5 6 2 2 1 2 4 4 m b p 。 图1 1p o n 的网络结构 2 用户 公寓 大楼 浙江- l = 业大学硕十二学位论文 1 2 2 关键技术和要求 无源光网络在软件和硬件上需要解决以下技术问题： 1 ) 上行流量的同步技术 无源光网络是一点对多点的网络结构。下行数据由于采用广播的方式发送，同步只是 涉及到o l t 和o n u 之间的载波同步以及符号同步，利用已有的通信技术手段很容易解 决，在o n u 收到数据帧之后，只需根据特征值( 如o n u 的i d 号、端口号或虚通道虚通 路标识) 取出需要的数据在发送给各个接口即可完成信息的交付；但上行信息由于其突发 性，o l t 必须通过实现动态测距的技术以及o n u 发送d b a 报告的方式动态地给各个 o n u 分配上行的时隙和带宽，以防止不同o n u 上行数据的冲突。 2 ) 数据安全问题 和因特网一样，无源光网络中传输的数据可能有某个企业或用户群的重要和敏感数 据。一旦遭到劫获，将造成很大的经济损失，因此，为了实现一个高度可靠和安全的光网 络环境，系统需要具备较为完善的保密机制【4 1 。 3 ) 精密的器件和设备 由于o d n 是无源的，没有信号的放大和补偿，需要设计精密的光学器件，合理地分 配和发送光功率，使信号接收端能收到正确的数据和信息。 4 ) 完善的管理机制 对无源光网络的管理主要是指对其核心设备0 l t 和o n u 的管理以使其正常工作。 不同于以往的有源设备，如路由器和交换机，某一个节点或链路的故障并不一定对网络的 其他部分造成致命的打击，因为网络的自愈功能可能会重新建立新的转发和路由路径。而 无源光网络由于是一点对多点的结构，某一上层节点的故障( 如o l t 停止工作) 将影响 该节点往下所有的单元，它们将收不到源节点发送出去的数据，从而称为网络中的“孤岛”， 因此，对无源光网络的维护和管理至关重要。 1 3 网络管理的必要性 伴随信息时代的到来，网络和网络技术正以空前的步伐发展，这也使得整个网络的复 杂度不断增加，这种复杂度主要表现在有越来越多的网络设备添加到网络中来，它们遵循 着不尽相同的通信协议和标准，并且进行着不间断的工作，任何一个网络或者网络设备出 现故障，对会对局部甚至是整个网络造成影响，因此为了保障网络顺畅、可靠地运行显得 格外重要，这不仅需要设计制造出可靠性高的网络设备，根据实际需求给出合理的解决方 浙江工业大学硕十学位论文 案，网络管理也是不可或缺的环节。 网络管理的质量好坏会直接影响网络的运行质量，不合理的网络管理方案甚至会增加 网络的负担，对网络造成破坏。一般来说，计算机在数量和布局上有一定规模并连网的企 业，就有网管的需求，尤其是办公地点分散于在各地，并拥有着上百或上千台网络设备的 企业，有了网管系统为网络把脉，就可由系统管理员实时查看全网络的状态，检测网络性 能可能出现的瓶颈，并自动发送告警信息以便及时处理，这样就可以保证网络的高效、可 靠运转，从而给企业带来收益 5 1 。 1 4 国内外研究现状 随着g p o n 网络在北美、欧洲、中东、南美和亚太市场( 除同韩外) 大规模部署，目 前已经超过7 0 的国家和地区选择了g p o n 技术作为f t t h 的主流技术，选择g p o n 技 术路线的电信运营商超过了l o o 多家( 不包含市政运营商) ，全球前1 0 位电信运营商中有 9 家选择g p o n l 引。 g p o n 由光线路终端0 l t ( o p t i c a ll i l l e1 h m i l l a l ) 、光网络终端o n t ( o p t i c a ln e t w o r kt e r m i n a l ) o n u ( o p t i c a l n e t w o r ku n i t ) 及环形( 或树形) 拓扑结构的无源光网络p o n 组成【7 】。o l t 位于中心机房，向上提供广域网接口，包括g b e 、o c 3 s t m 1 、d s 3 等， 向下对p o n 可提供最大2 4 8 8 g b p s 的光接口【8 1 。o n t o n u 放在用户终端，为用户提供 l o 1 0 0 b a s e t 、t l e 1 、d s 3 等应用接口，对p o n 的光接口速率有1 5 5 m b p s 、6 2 2 m b p s 、 1 2 4 4 g b p s 和2 4 8 8 g b p s 等多种选择。 做为一种新的无源光网络技术，g p o n 具有带宽高、覆盖范围广、服务等级和质量 多样化、数据封装灵活、操作维护管理( o a m ) 功能完善等优点，它是对以往的p o n 结构 的继承和发展，克服了a p o n 、e p o n 等业务和数据封装单一的缺点，并且考虑到网络数 据传输的特征，上下行采用了非对称的最大带宽，优化了网络资源的配置，因此，正被国 内外厂商进行广泛的研究和设计开发，具有良好的应用前景。 在任何一个网络系统中，从总体上对网络上任意一个节点，任意一条链路进行管理、 配置和维护是其必须具备的功能，g p o n 系统更不能例外。在国内外，作为与网络设施相 配套的网络管理服务已经取得了一定的发展。在国外市场，目前已经开发出一些商品化的 网管软件，如h o p e 公司的o p e n e w ，s u n 公司的s u n n e t m a n a g e r ，i b m 公司的n e t v i e w ， 等等【9 1 。虽然这些管理软件功能比较强大，但它们只是提供一个通用的平台，对于具体的 网络环境，还必须根据实际情况进行配置有针对性的配置和管理，最好编制专用的网络管 4 浙江1 ：业人学硕士学位论文 理软件；另一方面来讲，对于拥有众多国内网络设备的用户来说，能够管理的范围会受到 局限。相对来说，国内产品则是能够灵活地定制管理的范围，但功能上不够细致，比较容 易满足一些用户的具体需求，因此用户需要权衡自己的需求偏向，做出选择。而且，从价 格方面来说，这些软件都比较昂贵，并且要求的硬件环境也比较高。而针对某一特定网络 设备群的管理软件的编写则需要网络管理者具有丰富的网络管理方面的知识以及对具体 的网络环境、设备参数的全面而深入的了解。同时，从被管理的设备来看，当前用户用网 管软件主要是用来对交换机、路由器等网络基础设施的管理，对于光接入网设备，如o l t 和o n u ，并未开发出效率高或者适应性强的管理软件。而针对g p o n 的网络管理，由于 g p o n 目前还只是试验阶段的技术，其硬件上虽然开发出很多产品，但在物理规范和逻辑 结构设计上仍需要继续完善。目前为止没有出现专门的g p o n 网络管理软件，只能进行 尝试性的并行开发。 1 5 研究目的和意义 p o n 技术是一种点到多点的光纤接入技术，由于网络中的设备是无源的，因此它具有 防止电磁干扰、简化供电配置等优点【l0 1 ，从而大大地降低了故障率，节省了投资和运营 的成本，延长了设备的使用周期，并使网络管理变得更加简单，是网络设备厂商、网络解 决方案设计人员、以及电信运营商非常推崇和期待的技术，发展非常迅猛。 g p o n 网络可提供1 0 0 m 到l o g 的带宽，可实现与现有计算机网的无缝连接，建设运营 成本低廉、网络结构简单、能支持互联网所有带宽应用能力、支持视频点播、数据语言等 多种业务能力，所以这种网络是当前实现最适用、最典型、最廉价及最合理的“三网融合” 的最好途径，使得g p o n 系统得到了广泛的应用【l 。 由于g p o n 是在原来的无源光网络的基础上被提出来的，对它的设备的硬件和物理规 范部分与a p o n 以及e p o n 有很多相似的地方，因此有很多可以借鉴的方面。然而g p o n 支持更多的业务种类，提出了新的封装模式，g p o n 的相关标准对其它无源光网络标准和 特性的优化和提升，尤其是在管理方面添加了更多提高可靠性的内容，因此需要更多配套 的软件实现才能充分发挥它的优势。网络的网管系统是通信网络的重要软件组成部分，网 络管理技术一直是通信网络技术中的研究热点和重点之一。网管系统是通信网络稳定、高 效、可靠运行的重要保证，是宽带接入网建设中必不可少的部分，是宽带接入网的最新技 术。建设新的网管系统要具有兼容性，还具有可扩展性，所以对g p o n 网络管理系统的 研究是非常必要的【l 引。 5 浙江t 业人学硕士学位论文 国际标准化组织( i n t 锄a t i o n a lo r g a n i z a t i o n 旬rs t a n d a r d s ，i s o ) 对网管系统建议了五项基 本功能，即配置管理、故障管理、性能管理、安全管理理和计费管理【l 引。网络管理系统的 应用，可大大减少网络故障，缩短或消除网络信号的中断，提高网络的整体性能。因为网 络管理系统可以提供关于网络运行状况的信息，从而提高预测网络性能及预报设备性能的 能力；同时还可以定位性能下降或损坏的设备，从而为维护或更换新备件带来极大的便利。 目前研究g p o n 系统硬件部分已达到一定深度，即使对无源光网络的管理将比对有源 网络的管理更加简单，对于如何实现g p o n 网管系统管理控制软件却还没有得到较好解决。 本设计重点研究g p o n 网管系统设计及数据与客户端软件的实现，完成了g p o n 网管系统 中的关键部分的设计与开发，为实现一个完善的g p o n 网络管理系统奠定了一定的基础。 1 6 论文主要内容和结构安排 本文首先对g p o n 系统的总体结构进行了分析，得出了对该系统进行网络管理的模 型，接着对相关协议，尤其是s n m p ( 简单网络管理协议) 和o m c i 协议进行了深入的 探讨和分析，从而解决了在网络应用层通信上的难点，并且在网络管理的各项要求下，对 如何对该系统进行网络管理进行了详细的分析和设计，特别是提出了一个高效的、可扩充 式的网络管理软件的设计方案，并成功编码实现了基本满足g p o n 网络管理要求的网络 管理端软件。 本论文的总体结构如下： 第1 章，绪论。首先简单介绍了现代接入网技术的发展现状、无源光网络的关键技术 及发展势态；接着阐述了网络管理的在接入网技术中的重要作用和地位、并介绍了国内外 的研究现状；最后总结了本文研究的目的所在以及本论文内容和大致框架。 第2 章，g p o n 网络管理系统的概述、分析和设计。首先分析了g p o n 网络的总体 结构及数据传输的特点，研究了它的协议栈，归纳总结了有关该网络的重要概念及技术特 点。接着从网络管理的角度出发，在应用层面对该系统进行了分析和总体上的设计。 第3 章，s n m p 协议与o m c i 协议的分析。首先对s n m p 协议的各个组成部分进行 了较为详细的分析，并给出了编码实现该协议工作流程的方法，即调用现成的接口函数； 接着对o m c i 协议进行了分析；最后给出了在s n m p 协议和0 m c i 帧之间进行转换的各 字段的对照。 第4 章，g p o n 可扩充式管理端软件的设计与实现。首先对g p o n 网络管理软件的 各大组成部分进行了总体的分析，这几大组成部分是：网管功能模块、通信模块，数据库 6 浙江工业大学硕+ 学位论文 模块以及可扩充式模块；接着对各个主要组成模块以及主要实现模块进行了详细的设计； 最后采用v c 6 o + + 集成开发环境编码实现了具有一定扩充性质的网络管理端软件。 第5 章，总结与展望。对本论文的内容、所做的各项研究任务和工作进行了总结，并 给出了本论文实现的某些方案和设计上的不足，指出了接下来需要努力的方向和需要研究 的任务。 7 浙江工业大学硕十学位论文 第2 章g p o n 网络管理系统的概述、分析和设计 2 1g p o n 系统概述 2 1 1g p o n 网络的总体结构 g p o n 延续了前几代无源光网络( p o n ) 的结构特点，它由o l t ( 光线路终端) 、 o d n ( 光分配网络) 和o n u o n t ( 光网络单元光网络终端) 组成( 如图2 1 所示) ： 、 参 ， 赫 局j 蜩 庐1 4 ”l o 衄、 占占 尜 k 视频 o 2 0 k m 、 家庭网络 图2 1g p o n 各种应用方式示意图 在p o n 中，o l t 和o n u 之间的逻辑结构为l ：n 的关系，即一个0 l t 为若干 个o n u 提供服务。0 l t 为局端设备，它是各种业务在本地的汇聚点，向上从不同的 接口汇集各种网络服务，如c a = r v 、p s t n s s 、i p t v 以及各种数据服务等，它是g p o n 系统的核心组成部分，具有成帧、媒体接入控制、o 舢( 操作管理维护) 、d b a ( 动 态带宽分配) 、为交叉复用功能，还提供了p d u ( 协议数据单元) 定界和管理o n u 等功 能；0 n u o n t 为用户侧设备，向用户提供针对不同应用的接口，如1 0 1 0 0 b a s e - t ( 以 太网) 接口、e 1 接口、p o t s 接口等，在o n u 里可以集成a f ( 适配功能块) ，两个 0 n u 之间的最大距离为2 0 k m 。o d n 是真正的连接o l t 和0 n u 的无源光网络，它 通过光学器件的逻辑和物理结构提供光信号传输的手段，保证接收端接收到的光信号 不失真、不衰减，它主要由耦合器、光分路器等无源器件组成，最大分路比可达l ：1 2 8 ， 浙江丁业人学硕士学位论文 g p o n 系统最大的逻辑距离为6 0 k m 【1 4 】，它的上下行的传输方式可采用单纤双向或双 纤双向。一般采用单模光纤。采用单纤时，上下行应使用不同的波长，典型的上行波 长为1 3 1 0 n n l ，下行为1 4 9 0 n i l l 。 2 1 2g p o n 数据传输特性 在g p o n 系统中，数据传输为全双工方式，从o l t 到各个o n u 是下行传输，从多个 o n u 到0 l t 方向是上行传输，上下行传输数据的方式和格式是不同的： 下行采用的是广播的传输方式，o l t 将所有从上联口接收到的数据通过时分复用的方 式打包成帧长固定为1 2 5 “m 的数据帧，所有的0 n u 都能得到相同的数据，在各个o n u 收到数据后，根据数据帧中的p o r t i d ( 对g e m 封装来说) 或者v p i c i ( 对a r m 封装来 说) 来筛选出自己需要的数据发放给各个u n i ( 用户网络接口) ，做到了各种业务和服务的 成功分离( 如图2 2 所示) 。 口 图2 2g p o n 上下行传输数据流示意图 在上行方向，由于各个o n u 发送数据具有突发性和不可预测性，为了保证各个o n u 发送的数据在o l t 侧的光纤上汇聚时不发生冲突，g p o n 系统采取了t d m a ( 时分多址) 的方式进行传输，它将上行链路被分成不同的时隙，根据下行帧的u p s t r e 锄b a n d w i d t hr m p 字段来给每个o n u 分配上行时隙，不同的o n u 根据由o l t 分配的时隙和带宽在上行帧 中占据不一样的位置，即它们到达分路器的时机是不同的，这样就不会产生冲突，于是实 现了多个o n u 共享上行信道，接着，在光网络节点组成固定的同样是1 2 5 “m 的上行帧( 每 帧9 1 2 0 个时隙) 后发送给o l t ，o l t 根据o n u i d 区分不同的o n u 后上交给对应的接 9 浙江丁业火学硕士学位论文 口和服务1 5 1 ( 如图2 2 ) 。 2 1 3g p o n 的协议栈 g p o n 系统的协议栈如图2 3 所示，其核心部分由物理媒质相关( p m d ) 层和g p o n 传输汇聚( g t c ) 层组成。g t c 层则分为g t c 成帧子层和t c 适配子层，它有两种封装 模式：a t m 模式和g e m 模式，其中g e m 模式是g p o n 与其他无缘光网络标准的最大 区别所在，它提出了一种全新的高效的功能全面的数据封装方法。g t c 层可为其客户层 用户提供2 类型的封装方法：a t m 封装和g e m 封装，并提供管理和控制接口( o m c i ) 来实现高层的管理，这将使得g t c 将更加灵活通用。 = +罗瑚坚哆 t c p + u d pe t c t 口 i t a a l l 2 5 e t h e r n e t 1 1 a t mc e l lg e m 仔a m e 0 g t ct cf r a m e g t cs p e c i f l c a t i o n p o n p h y 图2 3g p o n 系统协议栈 g t c 层主要由g t c 成帧子层( g t cf r a m m gs u b l a y e r ) 和t c 适配子层构成，g t c 成帧子层应实现的功能包括【16 】： 复用和解复用功能，实现p l o 舢、a t m 和g e m 流与t c 传输帧的复用解复用；t c 传输帧帧头的产生解码；基于a l l o ci d 的内部交换功能。t c 适配子层提供3 种适配： a t m 适配、g e m 适配和o m c i 适配。从另一个角度讲，g t c 从横向来讲主要由数据( d ) 平面和控制管理( c m ) 平面组成。d 平面主要提供各种数据服务，c m 平面则主要实 l o 浙江：l 业人学硕士学位论文 现对用户流量的管理、保障网络安全及o a m ( o p e r a t i o n s ，a d m i i l i s t r a t i o na n dm a i n t e n a i l c e ) 功能。但g 9 8 4 3 也没有对o l t 及o n u 所必须具备的传送模式做硬性规定，但一般情况 下，o l t 和o n u 应支持g e m 模式。 p m d ( 物理媒介相关) 层和o n u 与o l t 之间的光传输接口( 也就是p o n 口) 相对应， g p o n 系统的最大分路比和最大传输距离是由协议规定的该层的相关参数确定的。0 d n ， 即光分配网，它的不同类型是根据o l t 和o n u 的接收机灵敏度、发送光功率等参数来 进行划分。如根据允许光信号衰减范围的大小的不同，光分配网络主要分为a 、b 、c 三 类，它们可以接入o n u 最人数目的能力各不相同。 2 1 4g p o n 重要概念及技术特点 1 ) o n t ( o p t i c a ln e t w o r k1 研m i l l a t i o n ) 和o n u ( o p t i c a ln e t w o r ku i l i t ) o n u 是光网络单元的简称，o n t 则是光网络终端，从g p o nt c 层的功能来看，两 者没有什么区别。而o n u ，即光网络单元，提供( 直接或间接) o a n 的用户侧接口，并 被连接到0 d n ，由于它服务于多于一个用户的场合，所以被考虑作为操作者网络的一部 分。因此它的承载能力更加强大，对于可用性的要求更加严格，必须支持更多的功能和特 性。而o n t ，即光网络终端，只包括用户端口功能，因此能被看作用户端设备的一部分。 在实现f t t h 的条件下，用户侧的终端设备一般称为o n t 2 ) g e m ( g p o ne n c 叩s u l a t i o nm o d e ) 为了支持更多的业务和功能，g p o n 引入了全新的数据包封装格式g e m ，该封 装方法能实现多种数据的简单、高效的适配封装，它可以对各种链路层的数据包进行统一 高效地适配和封装，如可以提供对t d m 和以太帧的适配等。g e m 还具有端口复用功能， 并提供和a t m 一样的面向连接的通信【1 7 1 。 3 ) o m c i ( o n um a n a g e m e n ta n dc o n t r 0 1i n t e r f a c e ) o m c i 是g p o n 标准中定义的一种配置传输通道，它是o n u 在向o l t 注册时建立 的。该通道通过在o l l 和o n t 之间建立专有的a t mp v c 或者g e mp o l h 传输o m c i 消息，用于提供标准的获取o n u 能力，并对其进行管理和控制的方法。o n t 所有的配置 都由o l t 来控制，但在有告警或者属性改变的时候，o n t 会主动上报消息，o n t 只能主 动上报三种消息：a l 硼m 、a v c 和t e s tr e s u l t 【18 1 。 4 )t - c o n t 【1 5 】和d b a g p o n 协议中提出了传输容器的概念，即t - c o n t ，一个这样的被管实体的实例代表 一个与分配i d 相关的连接组，这个连接组由与a l l o c i d 标识。在优先级队列或存在于a t m 1 1 浙江下业人学硕士学位论文 或g e m 层的传输调度器中，一个t - c o n t 能够容纳a t m 信元或g e m 包。 这个被管实体的实例在初始化后通过o n t 自主地创建。o l t 能够通过a n i g 这个被 管实体知道t c o n t 被管实体实例的个数。根据这个实例的产生规则每一个实例i d 都能 够被发现。 t - c o n t 主要被用对各种不同的服务等级和业务流进行管理，它是一个基本的传输单 位，由被称为a l l o c i d 的一个分配号码标识。一个t - c o n t 可以复用多个g e m 帧或者 a t m 帧( 如图2 4 所示) ，一个采用g e m 封装的数据帧则由p o r t i d 标识，一个a t m 则由 v c i v p i 标识。o l t 端可以实时或定时地监测各个t - c o n t 的负载，从而调整上行带宽 资源分配策略。g p o n 协议规定，对上行带宽的分配有静态和动态两种方式，静态分配采 用预留带宽的方式，即给在上行数据帧中给各个0 n u 分配固定的时隙，每个时隙可以有 一个或多个t - c o n t ；动态分配是指o l t 通过检查来自各o n u 的d b a 报告和或通过输 入业务流监测自身的流量来了解网络的拥塞情况，然后根据实际的带宽需求情况为各个 o n u 分配一定的资源。 图2 4o n u 中的复用 g p o nt c 层定义了5 种t _ c o n t ( 聊e 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ) ，d b a 功能在各t - c o n t 中实 现。它们是根据q o s 要求由一种t c o n t 类型承载。d b a 功能分为下面几个部分： 0 l t 和或o n u 对拥塞状况进行监测和评价 向0 l t 报告拥塞状态 1 2 浙江_ r ：业人学硕+ 学位论文 o l t 根据提供获得的参数信息对带宽重新分配 o l t 根据更新的t - c o n t 类型和带宽分配发送授权 发送d b a 管理操作信息 2 2g p o n 网络管理的分析与设计 2 2 1宽带接入网网络管理系统概述 网络管理的功能主要是故障管理、配置管理、性能管理、安全管理以及计费管理等， 从整体来说它可以分为网络管理系统和网元管理系统两大类，网元管理系统一般由网络设 备生产厂商提供，根据协议的规范，它们定义了自己私有的m i b 库，以管理自己设备的 特有功能，并定制了可以显示出厂商设备图形化的面板等，例如c i s c o 的c i s c ow r o r k s ； 网络管理系统则用于掌握全网的状况，它作为底层的网络管理平台来服务于上层的网元管 理系统，如i b mt i v o l i 、h po p e n v i e w 等2 0 1 。 随着我国高速骨干网规模的不断扩大，网络建设的重点正逐步转向内容服务、商业模 式、用户接入网与网元管理上来。现在，为了铺通制约信息高速公路发展的“最后一公里”， 各种主流宽带接人技术与网络构架正在国内得到广泛应用，伴随而来的，是各种增值业务 不断涌现，服务不断完善。 作为一个运营中的网络其最终的任务就是为终端用户提供公共的宽带接入服务，作 为宽带接入网的管理系统，必然也需要为宽带运营商以及终端用户提供电信运营级的管理 服务。 网络管理发展到今天，从功能上讲已经非常丰富，但在实际应用过程中还存在着很大 的不足，例如：使用不方便、配置复杂、智能化程度不高等，特别是对于大型网络，有成 百上千台的不同的网络设备，使得网络管理相当烦琐，这大大增加了网络管理人员的工作 负担，因此未来网络管理的发展方向应该是智能化和简单化，并且有很好的扩充性，这将 使网络管理工作变得轻松而高效2 1 1 。 2 2 2g p o n 网络管理的应用层分析 根据g 9 8 4 4 协议中的g p o n 网管系统参考模型以及g p o n 网管系统两个层面的划 分，本论文将g p o n 网络概括为如图2 5 所示的网络管理系统结构，根据